Karanlık madde, evrendeki maddenin çoğunu oluşturduğu düşünülmektedir, ancak çevresiyle etkileşiminin tek yolu yerçekimidir. İki çarpışan kara delik, yoğun bir karanlık madde bölgesinde spiral hareket ederken birleşirse, uzay ve zaman boyunca dalgalanan yerçekimsel dalgalar, o karanlık maddenin bir izini taşıyabilir.
Artık fizikçiler, Dünya'da tespit edilen yerçekimsel dalgalarda böyle karanlık madde izlerini tespit edebilirler.
MIT ve Avrupa'daki araştırmacılar, kara deliklerin karanlık madde üzerinden hareket ettiği durumlarda üretilen yerçekimsel dalgaların nasıl görüneceğine dair tahminler yapan bir yöntem geliştirdiler. Bu tekniği, kara delik birleşmeleri ve diğer uzak astrofiziksel kaynaklardan yerçekimsel dalgaları tespit eden LIGO-Virgo-KAGRA (LVK) gözlemevi ağı tarafından daha önce kaydedilen kamuya açık yerçekimsel dalga verilerine uyguladılar.
Araştırmacılar, LVK'nın ilk üç gözlem döneminde kaydedilen yerçekimsel dalga sinyallerini incelediler. En net 28 sinyalden 27'sinin, fizikçilerin beklediği gibi, bir vakumda birleşen kara deliklerden kaynaklandığını buldular. Ancak, bir sinyalin, GW190728, karanlık madde izine dair olası işaretler gösterdiği belirlendi.
Bilim insanları, karanlık maddeyi tespit etmediklerini vurguluyor. Bunun yerine, yeni yöntem, fizikçilerin ardından gidip diğer tekniklerle doğrulayabilecekleri karanlık madde ipuçlarını yerçekimsel dalga verilerinde taramak için yeni bir yol sunuyor.
“Karanlık maddenin etrafımızda olduğunu biliyoruz. Etkilerini görebilmemiz için yeterince yoğun olması gerekiyor,” diyor MIT Fizik Bölümü'nde doktora sonrası araştırmacı olan Josu Aurrekoetxea. “Kara delikler, bu yoğunluğu artırmak için bir mekanizma sağlıyor ve şimdi, birleşirken yaydıkları yerçekimsel dalgaları analiz ederek bunu arayabiliriz.”
Aurrekoetxea ve meslektaşları, sonuçlarını bugün Physical Review Letters'da yayınlanan bir çalışmada bildiriyor. Çalışmanın yazarları arasında, Belçika'daki Université Catholique de Louvain (UCLouvain) LVK üyesi Soumen Roy, Amsterdam Üniversitesi'nden Rodrigo Vicente, Queen Mary Üniversitesi'nden Katy Clough ve Oxford Üniversitesi'nden Pedro Ferreira yer alıyor.
Karanlık bir çekim
Karanlık madde, normal günlük maddeden farklı olarak elektromanyetik kuvvetle etkileşimi olmayan görünmez, varsayımsal bir madde türüdür. Karanlık madde, ışık, manyetik alanlar ve elektromanyetik spektrum üzerindeki diğer enerji biçimlerinden geçebilir ve iz bırakmadan geçer. Karanlık maddenin varlığının tek kanıtı, bir diğer kuvvetle olan görünür etkileşimidir: yerçekimi.
Astronomlar, yerçekiminin uzak galaksilerin etrafında nasıl büküldüğünü gözlemleyerek, bükülme alanlarını açıklamak için galaksilerin kendi yerçekimsel çekimlerinin dışında ekstra bir kuvvet olması gerektiğini öne sürdüler. Fizikçiler, bu ekstra kuvvetin karanlık madde olduğunu ve evrendeki maddenin yüzde 85'inden fazlasını açıklayabileceğini düşünüyorlar. Ancak karanlık maddenin tam olarak ne olduğu, parçacık boyutu ve özellikleri açısından geniş bir yelpazede teorilerle büyük bir tartışma konusudur.
Önerilen karanlık madde sınıflarından biri, kütleleri bir elektrondan çok daha hafif olan “hafif skalar” parçacıklardır. Teorisyenler, bu tür karanlık maddenin sadece parçacıklar gibi değil, aynı zamanda kara deliklerin yakınında hareket ederken koordine dalgalar gibi davranması gerektiğini öngörüyorlar.
Karanlık madde dalgaları, hızla dönen bir kara delikle temas ettiğinde, fizikçiler, kara deliğin dönerkenki enerjisinin karanlık maddeye aktarılabileceğini ve bunu güçlendirebileceğini öngörüyorlar. Bu olgu, süper radyans olarak bilinir ve dalgaları, kremayı tereyağına çevirme benzeri bir şekilde, son derece yüksek karanlık madde yoğunluklarına kadar artırır.
Yeterince yüksek yoğunluklarda, görünmez olan hafif skalar karanlık madde, çarpışan kara deliklerden yankılanan yerçekimsel dalgalarda bir iz bırakmalıdır.
Peki, o iz tam olarak nasıl görünecek? Ve böyle bir iz, çok milyonlarca ışık yılı uzaktaki kara deliklerin birleşmesinden Dünya'ya ulaşan yerçek
